輸電線路紙質(zhì)斷面圖數(shù)字化方法研究及實現(xiàn)

歐陽亞 徐輝 甄龍 裴良臣

摘要：指出了近幾年舊輸電線路改造項目越來越多，重新測量斷面圖勢必會花費很大的代價，因此如何數(shù)字化并利用原有紙質(zhì)斷面圖是個重要的課題。根據(jù)工程實例探討了一種數(shù)字化輸電線路紙質(zhì)斷面圖的方法，并編程實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理流程，同時對數(shù)字化的誤差來源進(jìn)行了分析，提出了一種衡量數(shù)字化精度的參考標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;輸電線路;手繪;斷面圖

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0204-03

1引言

近年來國內(nèi)電網(wǎng)市場建設(shè)逐漸趨于飽和，新建特高壓輸電線路越來越少，將來會更少。隨之而來的是舊輸電線路的改造，如防舞動改造、增容改造、升溫改造等。這些改造工程的特點是一般路徑保持不變拆除舊桿塔再前后建新桿塔，或者塔位不動只是單純的更換導(dǎo)線，或者原桿塔不滿足改造后的荷載要求，需要拆除原桿塔，在舊塔位上新建桿塔，或者在原檔距中間新建桿塔。但是不管怎么改造，一個前提條件是設(shè)計人員必須提前獲取路徑的斷面圖，這樣才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排位布設(shè)方案。而改造線路因為年代久遠(yuǎn)，計算機(jī)繪圖未普及，繪圖軟件還未開發(fā)出來，大多還停留在手工繪制斷面圖的層面上。而原手繪斷面圖放在現(xiàn)在大部分仍可使用，特別是山區(qū)里的斷面基本不會有什么變化，同時因為當(dāng)時采用的是工測方法成圖，準(zhǔn)確度很高，因此具有很大的利用價值。因此如何數(shù)字化手繪斷面圖是一個新的課題。

2手繪斷面圖作業(yè)及成圖方法

在計算機(jī)未普及之前，輸電線路斷面圖都是靠手工進(jìn)行繪制。如同“平板法”繪制地形圖一樣，使用經(jīng)緯儀和測距儀測量斷面點的累距和高程數(shù)據(jù)，使用厘米格紙、方尺、鉛筆等工具，按照平斷面圖水平比例尺1：5000，垂直比例尺1：500的比例關(guān)系，先在厘米格紙上展繪直線樁數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是直線樁累距與高程，起點高程在1：5萬地形圖上讀取。

繪制完直線樁數(shù)據(jù)后，再根據(jù)測點與直線樁的距離和高差繪制斷面點數(shù)據(jù)，測一點展繪一點，點連成線構(gòu)成斷面，左或右邊線與斷面一樣，繪制平面部分也是如此。同樣，交叉跨越、房屋、風(fēng)偏點、橫斷面和洪水位數(shù)據(jù)也手工繪制而成。待測量專業(yè)將斷面圖繪制完成之后再移交給設(shè)計電氣專業(yè)，使用桿塔排位模板進(jìn)行手工排位，同時結(jié)構(gòu)人員考慮降基，最終成圖如圖1所示。

3數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖的理論基礎(chǔ)

一幅斷面圖中，在同一個平面和高程基準(zhǔn)下，樁與樁之間以及樁與斷面點之間的相對關(guān)系不會因基準(zhǔn)的不同而發(fā)生改變。水平方向兩個斷面點之間的坐標(biāo)差A(yù)X表示的是線路累距之間的相對關(guān)系，垂直方向兩個斷面點之間的坐標(biāo)差A(yù)Y表示的是高程之間的相對關(guān)系。

在清楚以上關(guān)系之后，每幅圖中無需絕對坐標(biāo)，只要給定一個基準(zhǔn)點，就可得出本幅圖的樁與斷面點的相對關(guān)系，然后根據(jù)整條線路中塔位樁之間的相對關(guān)系，統(tǒng)一基準(zhǔn)，將所有數(shù)字化的斷面圖拼接在一起，即可得出整條線路的樁與斷面點之間的相對關(guān)系，即為完成數(shù)字化工作。

4工程實例應(yīng)用探討與分析

4.1工程概況

此次應(yīng)用探討以湖北葛洲壩～雙河雙回500kV線路增容改造工程為依托，該工程包括葛洲壩～雙河500kVI回線路和Ⅱ回線路，兩條單回路平行走線，起于宜昌市葛洲壩變電站，止于荊門市雙河變電站。葛雙工回全長124.041km，1982年12月建成，共有桿塔287基，其中耐張塔34基，直線塔253基。葛雙Ⅱ回全長122.844km，1988年3月建成，共有桿塔285基，其中耐張塔29基，直線塔256基。線路山地占58.4%、丘陵占26.6%，平地及泥沼占15%。線路沿線海拔高度分布為0～500m。工程建成較早，至今已運行達(dá)30余年之久，因無法滿足現(xiàn)行條件下的輸送容量要求，故需對其進(jìn)行增容改造。因80年代對該線路勘測設(shè)計時，計算機(jī)成圖還未普及，全線斷面均工測后人工繪制成圖，設(shè)計人員再在此基礎(chǔ)上完成手工排位工作。經(jīng)勘測設(shè)計人員對線路沿線進(jìn)行調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)線路建成之后沿線地物地貌基本無變化，對于新增加的交叉跨越和房屋及道路等地物重新測量外，其他均可利用原有資料。

4.2數(shù)字化方法的實現(xiàn)

4.2.1斷面圖的糾正與配準(zhǔn)

將斷面圖掃描數(shù)字化并以圖片的形式插入CAD，在CAD中檢查圖紙的水平方向和垂直方向的關(guān)系，確保水平和豎直，否則對后續(xù)坐標(biāo)的提取影響較大，從而影響斷面的數(shù)字化精度。

4.2.2坐標(biāo)匹配及提取

（1）提取基準(zhǔn)點的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，選擇兩個高程和累距信息可以準(zhǔn)確讀取的點，這兩個點最好是圖幅左右上下邊緣處的中心樁，同時基準(zhǔn)點間的累距和高差要盡量大，讀取其在CAD中的坐標(biāo)值（圖2）。

將數(shù)據(jù)提取完之后按照圖3的格式在文本文件txt中進(jìn)行整理，

第一行和第二行分別表示提取的CAD中左側(cè)基準(zhǔn)點的x和Y坐標(biāo)，第三行和第四行分別表示提取的CAD中右側(cè)基準(zhǔn)點的x和Y坐標(biāo)，第五行和第六行分別表示提取的CAD中左右兩側(cè)基準(zhǔn)點的真實累距，第七行和第八行分別表示提取的CAD中左右兩側(cè)基準(zhǔn)點的真實高程。

（2）提取塔位樁的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，按照從左到右的順序依次提取所有塔位樁的坐標(biāo)值，同時因塔位已經(jīng)施工建成，所以選擇降基之后的點作為塔位中心樁點（圖4）。

將數(shù)據(jù)提取完之后按照圖5的格式在文本文件txt中進(jìn)行整理，第一列表示斷面圖中的桿塔號名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中塔位樁的X和Y坐標(biāo)。

（3）提取中心斷面和邊線坐標(biāo)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，依次用多段線（p1）順序描繪包含塔位中心樁的中心斷面、左邊線、右邊線，分別提取坐標(biāo)。格式同圖5，點名使用流水編號即可，第一列表示斷面或邊線點的名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中斷面或邊線點的X和Y坐標(biāo)。將提取的中心斷面和左、右邊線分別建立在不同TXT中進(jìn)行整理。

（4）提取風(fēng)偏點坐標(biāo)。

在一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)，依次將風(fēng)偏點的中心坐標(biāo)提取，格式同圖6，第一列表示風(fēng)偏點的名稱，第二列和第三列分別表示提取的CAD中風(fēng)偏點的X和Y坐標(biāo)，第四列表示該風(fēng)偏點的偏距，在斷面圖上直接讀取，采取左+右-原則。

至此，斷面圖中重要信息均以提取完畢。

4.2.3數(shù)字化程序開發(fā)及實現(xiàn)

按照本文第三節(jié)數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖的理論基礎(chǔ)中所述的思路來開發(fā)相關(guān)程序，程序開發(fā)過程此處不贅述，該程序集成在中南電力設(shè)計院具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的《特高壓輸電線路測量信息軟件》（軟件登錄號為：CL0437）中。

最終成圖效果如圖7所示（本文圖1數(shù)字化后的效果）。

4.2.4數(shù)字化后分幅斷面圖的拼接

按照原斷面圖中塔位樁的設(shè)計累距，根據(jù)相應(yīng)累距將數(shù)字化后的分幅斷面圖拼接成整幅斷面圖。

5數(shù)字化誤差分析

經(jīng)大量樣本測試發(fā)現(xiàn)，剔除人為操作取舍及描繪不當(dāng)引起的誤差之外，紙質(zhì)斷面圖數(shù)字化過程中的主要誤差來源是基準(zhǔn)點間坐標(biāo)差A(yù)X和AY過小，一張圖幅的一個高程比例段內(nèi)△X/△Y比值（絕對值）過大，導(dǎo)致基準(zhǔn)誤差較大，從而引起坐標(biāo)匹配誤差，理論情況下△X/△Y比值越小，基準(zhǔn)誤差越小，坐標(biāo)匹配精度越高，表1列舉了部分樣本的試驗數(shù)據(jù)。

根據(jù)表1列舉出的部分樣本試驗數(shù)據(jù)可以看出，△X/△Y比值在2以下時，平均誤差可以控制在0.3m以內(nèi)，基本滿足數(shù)字化的精度要求。當(dāng)比值超過10甚至20以上時誤差接近2m，此時數(shù)字化的斷面圖和原紙質(zhì)斷面圖相比誤差較大。當(dāng)然，通過培訓(xùn)提高內(nèi)業(yè)人員的操作水平和描繪精度也可以提高數(shù)字化精度。

6結(jié)論與展望

針對目前舊輸電線路改造的特點，靈活的數(shù)字化既有平斷面圖資料，可以節(jié)省很大一部分開支，通過本文提出的方法可以很快速的數(shù)字化紙質(zhì)斷面圖，供設(shè)計人員前期排位使用，方便在此基礎(chǔ)上做決策。當(dāng)然，本文只提出了數(shù)字化斷面圖的方法，對于數(shù)字化輸電線路中的平面圖，后續(xù)還有待于繼續(xù)研究。